Ruokohelpi maatilan ja lämpöyrittäjän polttoaineena

Abstract

In farm-based boiler plants and in those operated by heat entrepreneurs, domestic biofuels such as wood chips and peat are the main sources of heat energy today. Fieldcultivated energy crops offer an alternative to the traditional biofuels. Reed canary grass or RCG for short (Phalaris arundinacea L.) has proved to be the most promising energy grass cultivated for energy production in Finland. The aim of this study is to examine how shredded RCG blended with wood chips will operate in small scale boiler plants (less than 1 MW). Combustion experiments were conducted with two heating systems with boiler capacity of 60 and 200 kW. The purpose of the combustion experiments was to study the technical requirements of combustion and make observations on how the fuel mixture behaves during storage, in feeding systems and during combustion. According to the combustion experiments, as a loose and light material shredded RCG is a challenge to fuel handling and feeding systems. Vaulting and segregation of the fuel mixture caused problems during storage. Uneven fuel supply to the burner and variations in the contents of the fuel mixture made the combustion unstable. Adjusting the system and achieving an optimal state of combustion is therefore difficult. This may result in higher rates of emissions. Bigger and more efficient heating system seems to be better equipped to handle these challenges, but for the 60 kW boiler plant RCG can not be recommended as a fuel without certain conditions. In conclusion, shredded RCG is a suitable fuel for farms and small scale heat entrepreneurs under certain conditions. If one wishes to utilize RCG as an energy source, it is recommendable to keep the amount of RCG quite low in fuel mixtures. The length of RCG chaff should be short and the mixing to the main fuel should be conducted thoroughly. The heating system requires continuous surveillance even though no risk of back fire was detected during combustion experiments. RCG can not be recommended as a fuel source during periods when high amount of energy is required. It is difficult to obtain energy from RCG as it is light material with relatively low density.

Maatiloilla ja lämpöyrittäjäkohteissa käytetään lämmitysenergian raaka-aineena pääosin kotimaista puupolttoainetta sekä turvetta. Pelloilla tuotettu biomassa olisi yksi varteenotettava vaihtoehto energiaomavaraisuuden parantamiseksi. Lupaavin Suomessa tuotetuista peltoenergiakasveista on ruokohelpi (Phalaris arundinacea L.). Opinnäytetyön tavoitteena oli selvittää, miten kokopuuhakkeen joukkoon silputtu ruokohelpi toimii pienen kokoluokan (alle 1 MW) lämmitysjärjestelmissä. Ruokohelven polton teknisiä edellytyksiä ja vaatimuksia selvitettiin polttokokein kahdessa eri lämmitysjärjestelmässä, tehoiltaan 60 ja 200 kW. Tarkoituksena oli havainnoida helpi-hakeseoksen käyttäytymistä varastoitaessa, kuljettimissa, syöttölaitteissa ja palopäällä. Polttokokeista selvisi, että silputtu ruokohelpi kevyenä polttoaineena on haaste etenkin pienen kokoluokan lämmityslaitteiston syöttöjärjestelmälle. Polttoaineen holvaantuminen sekä lajittuminen varastosiilossa aiheuttivat ongelmia. Epätasainen polttoainevirta sekä polttoaineseoksen vaihteleva koostumus tekivät palamisesta epävakaata. Laitteiston säätäminen ja optimaalisen palamistilan saavuttaminen on vaikeaa, minkä takia päästötasot saattavat nousta tavoiteltua korkeimmiksi. Isompi ja tehokkaampi lämmitysjärjestelmä pystyy testijaksojen perusteella selviytymään haasteista paremmin, mutta 60 kW:n laitteistolle helpisilppua ei voi varauksetta suositella. Työn tulosten perusteella silputtu ruokohelpi sopii tietyin ehdoin maatilan tai pienen mittakaavan lämpöyrittäjän polttoaineeksi. Jos helpeä haluaa hyödyntää polttoaineena, kannattaa ruokohelven osuus polttoaineseoksessa pitää melko pienenä. Silpun on oltava mahdollisimman lyhyttä ja se on sekoitettava pääpolttoaineeseen huolellisesti. Ruokohelpeä poltettaessa lämmitysjärjestelmä vaatii jatkuvaa seurantaa, vaikka takapalon vaara ei tehtyjen kokeiden perusteella ollutkaan suuri. Ruokohelpeä ei myöskään voi suositella polttoaineeksi huipputehontarpeen aikana, sillä irtotiheydeltään alhaisesta helvestä on vaikea saada irti riittävästi tehoja.